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1、电子课程设计药片计数器学院 太原科技大学华科学院专业、班级姓名学号指导教师2010年 12 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 15 页 -药片计数器一、设计任务与要求设计一个药片装瓶自动计数的控制电路，使药片在装瓶时能够自动计数达到设定量后自动停止，并开始第二瓶装片。当药片装瓶时，挡住了光线的照射，是计数器获得一个计数脉冲，计数器计数加 1。第二片药片到来时，计数器再加1，这样，随着药片数量的增加，获得数字 A，用数字 A和标准量 B进行比较。当 A=B时，计数器停止计数。同时控制传动皮带使第二瓶进行装片（计数）。二、总体框图上图为药片计数器的电路框图1。主电路部
2、分由计数器电路和数值比较器电路组成。计数原理在光电转化电路中，放光器件的输出光强与其工作电流成正比，发光侧与接收光侧的距离越大时，要求输出光强也越强，即要求工作电流越大，同时增强光线强度可以减小技术误差和接收光器件的技术要求。在无药片挡光时，整形后输出和调制光是同频率的脉冲信号，挡光时输出一个高电平，即有没有瓶子挡光，整形输出信号的脉冲是不一样的。把不同的脉宽变换为不同的电平，形成触发沿，作为计数脉冲，可实现对药片的自动计数。经脉宽变电平电路，把脉宽变为电容上电压，并以此作为控制信号。药片不挡光时，信号脉冲窄，电容上电压小，使脉宽变电平电路输出为1，档光后脉冲变宽，电容上电压能达到某阀值电压使
3、脉宽变电平输出为0.从而药片挡光一次，能形成一个计数脉冲沿，而使计数器计数加1，当计数器计数 A与标准量 B 比较，当A小于 B时，计数器继续计数；当计数值A等于 B时：启动电机带动皮带使下一药瓶准备，计数器自动清零并开始下一次计数。在标准量控制电路部分，可以直接用二进制置数，但考虑到实际生产中用二进制置数不方便，容易造成错误而造成重大损失。因此在这部分用按键锁存显示方波发生器计 数译 码显 示标 准 量 控 制显 示数值比较图 1 总电路框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 15 页 -电路来实现试设计更为直观化，也更容易被厂家采用。三、选择器件74LS147 1
4、0 线4 线优先编码器（BCD 输出）图 2 74LS147的逻辑符号如上图2 所示，真值表如下表1。当输入的十进制数中只有一个数字具有高电平时，则输出对应数字的BCD 编码。若是同时输入两个或两个以上的十进制数字，则输出最大数字进行BCD 编码，编码器具有 9 个低电平有效输入端，没有 0 输入端，这说明当所有 9 个输入都无效时即是对0 进行编码；具有 4 个低电平有效的输出端。引出端符号：1 9 编码输入端(低电平有效)ABCD 编码输出端(低电平有效)表 1：74LS147功能表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 15 页 -表 1 说明：H高电平 L 低电平
5、 X任意极限值电源电压-7V 输入电压-7V 工作环境温度-070贮存温度-65150逻辑图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 15 页 -图 3 74LS75 四 D 锁存器图4 图5 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 15 页 -逻辑图图6 功能表表 2 H=高电平 L=低电平=不定Q0=使能G 由高电平转换到低电平之前Q 的电平四 D锁存器是有 D触发器集成的。D触发器又由 6 个与非门组成，其结构如图 6，其中 B 和 A 构成基本 RS触发器。电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现
6、干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。工作原理:SD 和 RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当 SD=0且 RD=1时,不论输入端D为何 种状态，都会 使 Q=1，Q非为 0，即触发器置1；当 SD=1且 RD=0时，触发器的状态为 0,SD 和 RD通常又称为直接置 1 和置 0 端。设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：1.CP=0 时，与非门H和 G封锁，其输出 1，触发器的状态不变。同时，由于 Q3至 Q5和 Q4
7、至 Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号 D，Q5=D非，Q6=Q5非=D。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 15 页 -2.当 CP由 0 变 1 时触发 器翻转。这时H和 G打开，它们的输入Q3和 Q4的状态 由 G5和 G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS触发 器的逻辑功能可知，Q=Q3=D。3.触发器翻转 后，在 CP=1时输入信号被封锁。这是因为 H和 G打开后，它们的输 出 Q3和 Q4的状态是互补的,即必定有一个是 0，若 Q3为 0，则经H输出至 F 输入的反馈线将F封锁，即封锁了D通往基本 RS 触发器的
8、路径；该反馈线起到了使触发器维持在0 状态和阻止触发器变为1 状态的作用,故该反馈线称为置 0 维持线,置 1 阻塞线。Q4为 0 时，将F和 E封锁，D端通往基本RS触发器的 路径也被封锁。H 输出端至F 反馈线起 到使触发器维持在 1 状态的作用，称作置1 维持线；Q4输出至 G输入的反 馈线起到阻止触发器置0 的作用,称为置0 阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正 跳沿后 输 入即 被封 锁,三步 都是 在 正跳 沿后 完成，所以 有 边沿 触发 器 之称。与主从 触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和
9、更高的工作速度。74LS85 集成4位数值比较器图7 图 7 为 74LS85逻辑符号图，功能表如表4。是集成 4 位比较器，用于比较A=（A3A2A1A0），B=（B3B2B1B0）两个数的大小，它还有级联输入端，通过级联输入端可以连接成8 位、16位或更高位数的比较器。一位比较器逻辑图图8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 15 页 -图 8 为一位比较器逻辑图。当对多位二进制数比较时，则需从高位到低位逐位进行比较。只有在高位相等时，才能进行低位的比较。当比较到某一位数值不等时，其结果便为两个多位数的比较结果。如两个 4 位二进制数 AA3A2A1A0 和 BB
10、3B2B1B0 进行比较时，则需从高位到低位逐位进行比较。只有在高位相等时，才能进行低位的比较。当比较到某一位数值不等时，其结果便为两个4 位数的比较结果。当比较两个4 位以上 8位以下的二进制数时，需要两个芯片级联扩展。功能表表 3 74LS160 同步可预置数 4 位十进制加法计数器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 15 页 -图 9 74LS160 为可预置的十进制同步计数器，逻辑符号如上图9，表 4 为管角功能，表 5 为真值表。清零端是异步的，当清零端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。74LS160 的预置是同步的。当置入控制
11、器/PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0Q3 与数据输入端 P0P3 一致。其计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当 CEP、CET 跳变与 CP 无关。并具有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。表 4：管脚功能表 4 表 5：选择 4 开关方式真值表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 15 页 -表 5 说
12、明：H-高电平 L-低电平 X-任意极限值电源电压-7V 输入电压-7V CEP 与 CET 间电压-5.5V 工作环境温度 54 -070贮存温度-65150逻辑图图 10 74LS04 六组反相器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 15 页 -逻辑图图 11 74LS04的逻辑符号如上图11 六组反相器集成，输出信号 Y是输入信号 A的非，若输入信号 A是高电平 H，则输出信号 Y是低电平 L；若输入信号A是低电平 L，则输出 Y是高电平 H。极限值电源电压.7V 输入电压7V 工作环境温度.070 存储温度.-65150DCD_HEX LED 数码管图 12
13、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 15 页 -DCD 数码管是带有译码器的液晶7 段显示器，其结构见上图12 四、功能模块标准量编码/锁存/显示控制电路图 15 编码/锁存/显示电路如上图 15 所示。当 S0 S7 中某个键按下时，表明输入 0 9中的某个数，在编码器 74LS147 的输出端有相应的编码输出。同时由于按键的按下，由二输入和四输入组成的六输入与非门的输出为 1，该信号使四D锁存器 74LS75 的使能端为 1，锁存器将编码器的输出锁存起来。比如J3=C按键按下时表明这一路有数据输入，这时 74LS147 的数据输入端 2 输入低电平，74LS14
14、8 的输出对应编码信号DCBA=0 0 1 0。同时由于 J3=C 的按下，与非门输出高电平，74LS75的 1C，2C引脚处于使能状态74LS148的输出信号进入 D锁存器并将编码信号锁存起来，在锁存器的输出端输出1Q2Q3Q4Q=0 0 1 0，并将其送入 DCD 数码管进行显示。另一方面，该信号用以与计数信号低位计数值进行比较。计数电路两片 74LS160具有共同的时钟 CP，以第一片的进位 RCO 输出到第二片的ENT和 ENP端，就是每当第一片计数到1001、RCO 变为 1时，给第二芯片计数条件，当下一个 CP到来后，第二片计数加1，而当第一片计数到0000 时，RCO 端输出0，
15、第二片停止计数，等待下一个RCO=1。计数通过输出端输出信号用DCD数码管进行显示。另一方面，输出端信号与标准量进行比较。其电路图见图16。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 15 页 -图 16 数值比较电路使用 74LS85进行级联组成 8 位数值比较器，先对高位进行比较，若标准量高位 B大于计数值高位A 则标准量大于计数值，计数继续；若高位相等，P=Q端输出高电平 1，则对低位进行比较。当标准量等于计数值时，级联芯片P=Q端输出一个脉冲沿，连到计数器的清零端 CRK，从而实现计数器重新计数。电路模块图见图 17。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第
16、 13 页，共 15 页 -图 17 五、总体设计电路图药片计数器总电路图见下图。由双按键/编码/锁存控制电路输入标准量，与 74LS160级联组成的 100 进制计数器计数值在由74LS85组成的数值比较器进行比较，标准量大于计数值时计数器继续计数，当计数值等于标准量时比较电路输出一个脉冲沿经非门后输入计数器清零端，使计数器重新开始计数。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 15 页 -我们学习了数字电子技术，对电子技术有了一些初步了解，但那都是些理论的东西。通过这次药片计数器的设计，我才把学到的东西和实践相结合。从中对我学的知识有更深一步的理解。在此次的药片计数器
17、设计过程中，更近一步的熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理何其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。在这次设计工程中，我也对multisim、word、画图等软件有了更进一步了解，这使我在以后的学习过程中更加得心应手。试验中，借助仿真软件，不仅可以把课程中所学到的知识，直接加以运用，而且还可以把各个分离的知识点组合为一整体。使自己在专业知识和动手能力上有了很大的提高。药片计数器总电路图见下图。由双按键/编码/锁存控制电路输入标准量，与 74LS160级联组成的 100进制计数器计数值在由74LS85 组成的数值比较器进行比较，标准量大于计数值时计数器继续计数，当计数值等于标准量时比较电路输出一个脉冲沿经非门后输入计数器清零端，使计数器重新开始计数。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 15 页 -